安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，在含砷廢水中加入堿性物質(zhì)，中和至堿性；在堿性廢水中加入氧化劑，使溶解在廢水中的揮發(fā)性的砷烷氧化轉變成完全不揮發(fā)的砷酸鹽AsO43-；加入金屬離子Mn+，使可溶性砷酸鹽AsO43-形成Mx（AsO4）y沉淀；加入絮凝劑和吸附劑，通過吸附和共沉淀的方式進一步降低廢水中砷的含量，待固體完全沉淀后，過濾收集含砷的固體廢料。通過物理和化學方法相結合，有效地降低砷烷生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水中砷的含量，將大量劇毒的廢水轉變成可以循環(huán)使用的工業(yè)用水，處理過程中收集的含砷固體廢料體積很小，便于作為固體廢料安全處理。
【專利說明】安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法
【技術領域】[0001]本發(fā)明涉及一種安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，利用物理和化學方式相結合的方法，安全高效地處理在砷烷工業(yè)化生產(chǎn)中產(chǎn)生的工業(yè)廢水，使廢水中砷的含量達到可以繼續(xù)循環(huán)使用的水平，從而大大減少有毒的含砷廢水的排放。
【背景技術】
[0002]高純砷烷(>99.9999%)廣泛用于半導體工業(yè)中外延硅的“N”型摻雜，硅離子注入，生長高端太陽能電池砷化鎵(GaAs)薄膜、以及在II1-V族固體半導體照明中用于生長紅黃光LED外延片的生長等等。另外，神燒還用作標準氣、校正氣等。因此，積極進彳丁超純神燒氣體的開發(fā)研究對促進電子工業(yè)及其它有關技術的發(fā)展有著十分重要的意義。
[0003]工業(yè)上通常通過砷化鋅和稀硫酸水溶液反應制備砷烷，化學反應式如下:
[0004]Zn3As2+3H2S04 — 2AsH3+3ZnS04
[0005]砷烷屬于劇毒氣體化學品，其TLV值只有50ppb。因此痕量的砷烷在無控制的情況下釋放，都會產(chǎn)生嚴重的安全問題。砷烷制備中產(chǎn)生的廢液在如下的情況下會導致砷烷的無控制釋放:1)如果上述反應沒有絕對的100%反應完全,反應廢液中痕量的砷化鋅會繼續(xù)反應，繼續(xù)產(chǎn)生劇毒的砷烷，2)砷烷在水溶液中有一定的溶解度，溶解在廢水中的砷烷在溫度變化時，或者攪動時，都會引起砷烷釋放，造成安全問題。另外幾乎所有含砷物質(zhì)都屬于劇毒的化學品，在砷烷制備中產(chǎn)生的廢水也可能含有其他微量砷化學品的成分，帶來安全隱患。因此砷烷制備中產(chǎn)生的大量廢水必須要嚴格的進行解毒處理，以免造成嚴重人員傷亡和環(huán)境污染問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0008]安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，包括以下步驟:
[0009]a)在含砷廢水中加入堿性物質(zhì)，中和至堿性；
[0010]b)在堿性廢水中加入氧化劑，使溶解在廢水中的揮發(fā)性的砷烷氧化轉變成完全不揮發(fā)的砷酸鹽(AsO43O ；
[0011]c)加入金屬離子(Mn+)，使可溶性砷酸鹽(AsO43O形成Mx (AsO4)y沉淀；
[0012]d)加入絮凝劑和吸附劑，通過吸附和共沉淀的方式進一步降低廢水中砷的含量，待固體完全沉淀后，過濾收集含砷的固體廢料。
[0013]進一步地，上述的安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，步驟a)，所述堿性物質(zhì)為 Ca (OH) 2、NaOH, KOH 或 CaO 中和至 pH>7。
[0014]更進一步地，上述的安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，步驟b)，所述氧化劑為 KMn04、NaClO 或 KC10。[0015]更進一步地，上述的安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，步驟C)，所述金屬離子(Mn+)為 Ca2+ 或 Fe3+，當 Mn+ 是 Ca2+ 時，Mx (AsO4) y 是 Ca3 (AsO4) 2，當 Mn+ 為 Fe3+ 時，Mx(AsO4)ySFe (AsO4)0
[0016]再進一步地，上述的安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，所述金屬鹽離子(Mn+)為 Ca2+或 Fe3+，通過加入 Ca (0H)2、Ca。、CaCl2' FeCl3 或 Fe2 (SO4) 3 導入相應的金屬鹽離子。
[0017]再進一步地，上述的安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，步驟d)，所述絮凝劑為明礬、硅藻土。
[0018]再進一步地，上述的安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，步驟d)，所述吸附劑為活性炭。
[0019]本發(fā)明技術方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在:
[0020]本發(fā)明通過物理和化學方法相結合，有效地降低砷烷生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水中砷的含量，將大量劇毒的廢水轉變成可以循環(huán)使用的工業(yè)用水，處理過程中收集的含砷固體廢料體積很小，便于作為固體廢料安全處理，對保護環(huán)境和安全生產(chǎn)起到積極的作用。其處理工藝簡單，特別適合大規(guī)模工業(yè)化砷烷生產(chǎn)中大量含砷廢液的解毒處理。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明提供一種安全高效的解毒方法，徹底去除廢水中含砷的有毒化學成分，處理后的廢水達到工業(yè)上循環(huán)使用的標準，進一步減少有毒廢水的排放，減少環(huán)境污染。
[0022]根據(jù)砷烷合成反應的特點，針對性的提出安全處理含砷廢水的解毒方案:
[0023]I)砷烷的合成是在酸性的水溶液中進行，生產(chǎn)砷烷的廢水中極可能還有少量未完全反應的砷化鋅原料，在酸性的條件下繼續(xù)反應產(chǎn)生少量的劇毒砷烷，從而帶來不安全的隱患。因此本方案的第一步是加入堿性的物質(zhì)中和反應廢液至堿性，確保砷化鋅和硫酸的反應完全停止。
[0024]2)因為砷烷在水溶液中有一定的溶解度，[在25°C時，砷烷在水中的溶解度是(Vwm/v*) 0.23升/升]。砷烷具有很強的揮發(fā)性，隨著溫度的變化，甚至攪動廢液都有可能導致砷烷的釋放，造成安全隱患。因此本方案的第二步是在廢液中加入氧化劑，把溶解在水中砷烷氧化轉變成完全不揮發(fā)的砷酸鹽(AsO43-),留在水溶液中。
[0025]3)可溶性的砷酸鹽(As0/_)也是劇毒的化學物質(zhì)，需要進一步從廢液中分離去除。通常砷酸鹽可以過加入鈣離子Ca2+，或者鐵離子Fe3+，同可溶性的砷酸鹽形成不溶性的砷酸鈣，或砷酸鐵沉淀，從而把可溶性的砷酸鹽從廢液中進一步分離出來。所以第三步在含砷酸鹽的廢液中加入金屬鹽離子(Mn+)，生成Mx (AsO4) y沉淀。
[0026]4)單一的使用金屬鹽離子(Mn+)，生成Mx (AsO4)y沉淀，還不能完全的解除廢水中含砷的有毒成分，達到安全再循環(huán)使用的標準。因此第四步在上述水溶液中加入絮凝劑和吸附劑，通過吸附和共沉淀的方式進一步降低廢水中砷的含量。待固體沉淀完全沉淀后，過濾收集含砷的固體廢料。處理后的廢水經(jīng)過檢測達標后，可以繼續(xù)作為砷烷生產(chǎn)中工業(yè)用水，回收循環(huán)使用。
[0027]本發(fā)明方法通過物理和化學方法相結合，有效地降低砷烷生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水中砷的含量，將大量劇毒的廢水轉變成可以循環(huán)使用的工業(yè)用水，處理過程中收集的含砷固體廢料體積很小，便于作為固體廢料安全處理，對保護環(huán)境和安全生產(chǎn)起到積極的作用。
[0028]實施例:
[0029]在充滿氦氣的反應釜中，投入砷化鋅Zn3As2, lOOOg，加入水4000g，在攪拌條件下于兩小時內(nèi)滴加稀硫酸(40%) 2500g，收集反應中產(chǎn)生的砷烷產(chǎn)品。滴加稀硫酸完畢，加熱反應液至100°C，并保持在100°C 4個小時。停止加熱，待反應液冷卻至室溫時，在攪拌條件下加入飽和氫氧化韓水溶液，Ca (OH) 2 ,至pH> 10,然后加入200mLlM的高猛酸鉀,KMnO4,水溶液。維持攪拌2小時。然后再加入50g硅藻土和50g活性碳，攪拌均勻，靜止24小時后過濾,壓干固體廢料。 [0030]本發(fā)明方法可以高效的消除砷烷生產(chǎn)的工業(yè)廢水中含砷的化學物質(zhì)。含砷的廢水劇毒，體積大，如不通過解毒，再循環(huán)利用，會帶來很多安全問題。本發(fā)明方法將大量的劇毒廢水轉變成可循環(huán)使用的工業(yè)用水?；厥盏墓腆w含砷固體廢料體積很小,便于處理,對保護環(huán)境和安全生產(chǎn)起到積極的作用。其處理工藝簡單，特別適合大規(guī)模工業(yè)化砷烷生產(chǎn)中大量含砷廢液的解毒處理。處理后的廢水可以繼續(xù)循環(huán)使用，大大的減少對環(huán)境可能造成嚴重污染的含砷廢水的排放。
[0031]需要理解到的是:以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，其特征在于包括以下步驟: a)在含砷廢水中加入堿性物質(zhì)，中和至堿性； b)在堿性廢水中加入氧化劑，使溶解在廢水中的揮發(fā)性的砷烷氧化轉變成完全不揮發(fā)的砷酸鹽AsO廣； c)加入金屬離子Mn+，使可溶性砷酸鹽As043_形成Mx(AsO4) y沉淀； d)加入絮凝劑和吸附劑，通過吸附和共沉淀的方式進一步降低廢水中砷的含量，待固體完全沉淀后，過濾收集含砷的固體廢料。
2.根據(jù)權利要求1所述的安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，其特征在于:步驟a)，所述堿性物質(zhì)為Ca (0102、恥011、1(011或0&0，中和至？11 > 7。
3.根據(jù)權利要求1所述的安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，其特征在于:步驟b)，所述氧化劑為KMn04、NaClO或KC10。
4.根據(jù)權利要求1所述的安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，其特征在于:步驟 C)，所述金屬離子 Mn+ 為 Ca2+ 或 Fe3+，當 Mn+ 是 Ca2+ 時，Mx (AsO4) y 是 Ca3 (AsO4) 2，當 Mn+為 Fe3+時，Mx (AsO4)y 為 Fe (AsO4)0
5.根據(jù)權利要求4所述的安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，其特征在于:所述金屬鹽離子Mn+為Ca2+或Fe3+,通過加入Ca (OH) 2、CaO、CaCl2、FeCl3或Fe2 (SO4)3導入相應的金屬鹽離子。
6.根據(jù)權利要求1所述的安全高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，其特征在于:步驟d)，所述絮凝劑為明礬、硅藻土。
7.根據(jù)權利要求1所述的安全`高效處理砷烷生產(chǎn)中含砷廢水的方法，其特征在于:步驟d)，所述吸附劑為活性炭。
【文檔編號】C02F103/34GK103663779SQ201310585497
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權日:2013年11月19日
【發(fā)明者】許從應, 王陸平, 馬瀟, 王仕華, 李英輝, 朱顏 申請人:蘇州丹百利電子材料有限公司